这篇文章发表于《大众科学》的前博客网络,并反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
许多种类的海星喜欢吃牡蛎、蛤蜊和其他贝类,这让看守蚝床和养殖场的渔民非常懊恼。 传说牡蛎渔民过去常常将他们捞上来的任何海星切成两半,然后扔回海里,以此来处理它们。 由于海星可以再生失去的肢体,渔民们在不知不觉中使他们的敌人数量增加了一倍。 很难说这个经常被重复的故事到底有多真实,但海星的再生能力是生物学事实。 蝾螈、 newts 和许多其他两栖动物也可以再生被切断的肢体,替换所有缺失的骨骼、肌肉、神经和皮肤,而没有任何疤痕组织的痕迹。 总的来说,哺乳动物就没有那么幸运了。 也许最值得注意的例外是一种特殊的实验室小鼠品系,称为 Murphy Roths Large (MRL),由于 其独特的基因表达,它可以封闭耳朵上的小孔并再生脚趾尖。
现在,科学家们已经证实,至少非洲的两种野生小鼠可以像蝾螈和 newts 一样迅速再生缺失的皮肤、毛囊、脂肪细胞和软骨。 这项新研究——加上对 MRL 小鼠的研究——表明,组织再生在哺乳动物中可能并不像曾经认为的那么罕见,而且哺乳动物的基因组隐藏着再生受损身体部位的潜在能力。
在与生态学家的讨论中,佛罗里达大学的生物学家 阿什利·塞弗特了解到,非洲刺毛鼠经常会失去它们的尾巴——就像蝾螈的尾巴可能会在饥饿的鸟嘴中脱落一样——而且这些啮齿动物的大块皮肤很容易从它们的身体上脱落,这可能是相关的防御捕食者的手段。 然而,塞弗特想知道,任何哺乳动物怎么能失去如此多的皮肤还能生存下来。 动物肯定必须长回大部分皮肤。
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几个月后,塞弗特前往肯尼亚,开始在啮齿动物居住的岩石山丘中诱捕刺毛鼠(特别是Acomys kempi 和 Acomys percivali)。 每次捕获的刺毛鼠在他手中挣扎时,它的皮肤都会脱落。 在机械测试中,塞弗特发现,破坏普通小鼠皮肤所需的能量几乎是非洲刺毛鼠皮肤的 77 倍。 在细胞水平上,普通小鼠皮肤和非洲刺毛鼠皮肤看起来或多或少相同。 然而,刺毛鼠的毛囊比普通小鼠大得多。 塞弗特和他的同事们认为,毛囊占据了如此多的空间,以至于刺毛鼠的皮肤比普通小鼠的皮肤含有更少的结缔组织,这使得它更加脆弱。
当塞弗特和他的同事给刺毛鼠弄出一些小伤口时,出血很快停止,并且迅速形成了结痂。 小鼠在 3 天内在新伤口上长出了新皮肤;成年大鼠则需要 5 到 7 天才能做到这一点。 伤后 10 天,刺毛鼠的皮肤已经愈合,没有留下太多疤痕。 刺毛鼠的新胶原支架没有像疤痕典型的坚韧、致密的网络那样排列新的胶原纤维,而是类似于健康皮肤中的胶原支架。 到第 21 天,刺毛鼠正在长出全新的毛发来替换它们失去的毛发。
更令人印象深刻的是小鼠治愈耳朵中 4 毫米孔洞的能力:它们迅速用新的皮肤封闭了孔洞,再生了毛发、脂肪细胞和软骨——但没有肌肉——而没有任何疤痕组织。 相比之下,塞弗特测试的普通小鼠未能封闭耳朵中的伤口,而是形成了疤痕。 结果发表在《自然》杂志上(《大众科学》是自然出版集团的一部分)。
当蝾螈和 newts 再生整个肢体时——这个过程被称为外形再生——第一步之一是形成胚基,这是一种细胞团,它会恢复到未成熟的、未分化的状态,以便它们足够多功能,可以变成新肢体中许多不同类型的组织。 塞弗特观察到刺毛鼠耳朵伤口周围聚集着未分化的细胞团,这些细胞团看起来非常像真正的胚基:“在对蝾螈等动物进行了大量研究之后,我在小鼠身上看到的东西几乎完全相同。 我的同事和我都在说,‘这看起来像哺乳动物的胚基!’ 你可以看到新的毛囊在耳朵中像传送带一样生长,以及未分化的细胞——所有再生的标志似乎都在那里。” 在未来的工作中,塞弗特希望更详细地检查这些细胞,以确认它们的真实身份。
在过去的研究中,科学家们发现 Murphy Roths Large 小鼠能够再生耳朵组织的部分原因不是因为它们有突变基因或额外的基因,而是因为 它们不表达一种称为 p21 的特定基因。 在相关研究中,科学家们通过暂时敲除两个抑癌基因,将小鼠肌肉细胞恢复到类似胚基的未成熟状态。 扩展这些发现的逻辑,p21 和其他基因可能会抑制典型小鼠乃至大多数哺乳动物体内潜在的再生能力。 学会随意精确控制这些基因,开启了通过恢复我们失去的组织再生能力来治愈人类损伤的前景。 非洲刺毛鼠现在为科学家们提供了调查这些可能性的新机会。